本文摘要

本文介紹了馬爾文帕納科為石墨微量無機(jī)組分提供了一種前處理簡單、環(huán)保、安全且快速的分析方法。這套XRF分析方法，采用壓片制樣，樣品無需消解，過程自動(dòng)化程度高，為選礦、研發(fā)及生產(chǎn)提供了更高效、便捷且準(zhǔn)確的解決方案。

應(yīng)用背景

石墨由于其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性，是優(yōu)質(zhì)的鋰電池負(fù)極材料。同時(shí)得益于廉價(jià)易得和易于加工的特點(diǎn)，石墨化碳材料成為當(dāng)今商業(yè)化最早、應(yīng)用廣泛且成熟的負(fù)極材料。

在石墨材料應(yīng)用于鋰電行業(yè)的過程中，原生礦物當(dāng)中含有的硅鋁鈣鎂鐵等雜質(zhì)元素，以及通過表面處理、包覆改性、摻雜等方式引入最終產(chǎn)品中的不同元素，其含量信息和分布負(fù)載情況對于最終產(chǎn)品的比容量、倍率性能等有著突出影響。如何測定這部分無機(jī)組分對于選礦、研發(fā)及生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

常用檢測方法的桎梏

當(dāng)前，業(yè)內(nèi)較多使用濕法化學(xué)分析石墨中的微量元素，過程中需通過灰化或消解方法進(jìn)行樣品前處理，相關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有：JC/T 2571-2020和YS/T 587.5-2006。由于石墨材料的特性，灰化前處理對于坩堝材料非?？量?，鉑坩堝易損成本高昂，瓷坩堝存在樣品損耗，其他材質(zhì)坩堝易污染樣品。同樣的，消解法前處理則存在樣品殘留的問題。

馬爾文帕納科解決方案

相對而言，XRF具有前處理簡單、環(huán)保、安全和快速的特點(diǎn)，通過適宜的譜儀選型和調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)寬元素范圍內(nèi)的ppm級(jí)分析，且具有優(yōu)異的分析精度。對于石墨材料從礦產(chǎn)品到負(fù)極材料過程中的微量無機(jī)組分分析，XRF有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢。

馬爾文帕納科作為擁有百年X射線分析設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)歷史的XRF供應(yīng)商，不僅在產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力，而且也努力通過豐富的專業(yè)知識(shí)整合技術(shù)方案以饗行業(yè)用戶。對于石墨材料，馬爾文帕納科通過整合旗下最新型號(hào)的Zetium高功率XRF光譜儀、一整套碳基參考物質(zhì)和應(yīng)用軟件和知識(shí)，提供了一套一站式的分析解決方案。

Zetium 

X射線熒光光譜儀

樣品制備：

該方案采用了便捷的壓片式樣品前處理方式，不需要進(jìn)行樣品的消解，且過程自動(dòng)化程度高，在必要情況下可以進(jìn)行整體流程的全自動(dòng)化改造。樣品壓片如圖1所示。

圖1 石墨樣品壓片

Zetium XRF光譜儀進(jìn)行分析：

前處理完成的石墨壓片將在Zetium高功率XRF光譜儀上完成分析，分析中使用了馬爾文帕納科的石墨中微量無機(jī)組分分析方案MPBG，結(jié)果中涵蓋Na-Mo范圍內(nèi)18個(gè)無機(jī)元素的濃度結(jié)果。方案中使用的部分元素工作曲線示例如圖2-4。

圖2 V元素的工作曲線

圖3 Ni元素的工作曲線

圖4 Mo元素的工作曲線

為了適應(yīng)當(dāng)前石墨材料對于微量組分的關(guān)注，分析方案中的各元素曲線范圍也進(jìn)行了相應(yīng)的濃度匹配，并評(píng)估了相應(yīng)的檢出下限。曲線濃度范圍和檢出下限信息如表1和表2所示。

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

同時(shí)，為了驗(yàn)證方法的有效性，本實(shí)驗(yàn)中使用了進(jìn)口標(biāo)物BAM S009進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對，部分金屬元素的比對結(jié)果如表3所示。

表3 BAM 5009的XRF結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性對比

結(jié)論

綜上所述，馬爾文帕納科通過一站式的分析解決方案設(shè)計(jì)充分滿足業(yè)界對于石墨材料分析的需要，并大程度上發(fā)揚(yáng)了XRF方法制樣和分析流程簡單、元素分析范圍廣、結(jié)果精度高等特點(diǎn)。

由于目前高純石墨標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀缺，本文僅展示了少量的準(zhǔn)確性比對結(jié)果。未來我們將繼續(xù)尋找適當(dāng)?shù)奶蓟鶚悠烽_展更詳盡的數(shù)據(jù)比對工作。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 吳寶亮，石墨負(fù)極材料的發(fā)展歷史與研究進(jìn)展[J]. 炭素技術(shù). 2022.4.

[2] 葛鵬，高純石墨中雜質(zhì)成分的檢測研究[J]. 礦冶工程. 2010.6.

[3] 趙良成，碳酸鈉堿熔-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定石墨中的常量元素硅鋁鈣鎂鐵鈦錳磷[J]. 巖礦測試. 2015.5.

[4] 羅望群，淺議石油焦對鋰電池負(fù)極材料發(fā)展的重要作用[J]. 當(dāng)代石油化工. 2023.1.